Možnosti keramických stropů

6. 7. 2008

Používání stropů POROTHERM – keramických trámečků POT a vložek MIAKO – je již dlouho považováno za velmi rychlou, jednoduchou a nenáročnou technologii, jež byla nespočetněkrát ověřena v průběhu několika desítek let na mnoha stavbách.

Přes tento fakt však vidí mnozí projektanti a investoři uplatnění těchto stropů pouze v případě domů s jednoduchou (nejlépe pravoúhlou) dispozicí.

Z hlediska statiky je základní systém stropu tvořen soustavou prostě uložených trámečků, pnutých jedním směrem (obdobně jako u ocelového či dřevěného trámového stropu). Po zmonolitnění pak keramický strop tvoří spolu s obvodovým věncem kompaktní celek. Díky tomu plní funkci celkového ztužení objektu lépe než dřevěné či ocelokeramické stropy, které jsou obvykle na věnec pouze uloženy.

Takto provedená deska (prakticky železobetonová, odlehčená keramickými vložkami), je naprosto plnohodnotným typem stropu. Při vhodném rozmístění doplňkové výztuže lze navíc navrhnout i jiná („hodnotnější“) statická schémata, jako např. spojitou, či dokonce i částečně křížem vyztuženou desku. A to vše při zachování hlavních výhod, mezi něž patří nenáročnost a rychlost provádění. V případě změny statického schématu nosníku z prostě uloženého na spojitý tak dojde ke značnému zvýšení tuhosti stropních nosníků a následně ke zvýšení hodnoty použitelného zatížení či zlepšení chování nosníků, a to zejména v případech, kdy je pro použití rozhodující průhyb konstrukce (II. mezní stav).

Kolmé uložení trámečků na zeď není nutné

Ačkoli to není nutné, stropní trámečky se obvykle ukládají na zeď pouze kolmo. Tento způsob však mnohdy není právě optimální a šikmé uložení (myšleno půdorysně) je z hlediska využití výhodnější, někdy dokonce nezbytné.

Obr. 1: Skladba stropu, umístění nosníků, poloha a druhy MIAKO vložek

Jako zajímavý příklad lze uvést řešení stropu nad přízemím rodinného domu s poměrně složitou půdorysnou dispozicí (obr. 1). Pro značnou nepravidelnost místností navrhl projektant původně zastropení železobetonovým stropem.

Vlastní provádění se však ukázalo jako velmi náročné (bednění, vypracování prováděcí dokumentace, vázání výztuže apod.), vzrůstaly nároky na čas, a tím se následně zvyšovaly finanční náklady. Realizační firma proto přišla se žádostí o návrh stropu ze systému POROTHERM. Vedle poměrně náročné „nekolmé“ dispozice přitom architekt vyžadoval dva protilehlé balkóny – jeden s vyložením cca 2,4 m a druhý jako terasu – v obou případech v kombinaci s uložením sloupků krovu na tyto balkóny, a to bez jakýchkoliv viditelných nosných prvků.

Návrh polohy nosníků byl limitován nutností respektování veškerých prostupů, neboť v době zpracovávání se stavba již realizovala, a to včetně všech drážek pro potrubní rozvody).

Po provedení analýzy polohy a velikosti zatížení byla zvolena varianta kombinace stropu POROTHERM tloušťky 270 mm a ocelových nosníků v podobě skrytých průvlaků. Toto řešení bylo zvoleno zejména pro vynesení zatížení od sloupků krovu při současném podepření vykonzolovaných POT nosníků (obr. 3) obvodovým ocelovým průvlakem.

Obr. 3: Kombinace stropu POROTHERM tloušťky 270 mm a ocelových nosníků v podobě skrytých průvlaků

Jak z půdorysu vyplývá, POT trámečky, jež jsou součástí konstrukce balkónu, tvoří spojitý nosník o dvou polích s převislým koncem (u schodiště) a vytvářejí tak zastropení, které by nebylo realizovatelné pouhým prostým nosníkem. Aby šlo tohoto efektu dosáhnout, bylo nutné přidat vhodnou výztuž pro vykrytí záporných momentů. Betonářská síť, která zde byla použita, přitom současně s přenesením záporného momentu vyztužuje strop v kolmém směru k nosníkům. Zde je nutné upozornit na skutečnost, že horní prut u prefabrikátu trámečku slouží zejména pro zajištění dostatečné stability při transportu či montáži a pro zajištění bezvadného spřažení betonové zálivky s prefabrikátem. V žádném případě ho tedy nelze považovat za výztuž pro přenesení záporných momentů!

Pro vynesení sloupků u terasy pak již postačovalo pouze zdvojit či případně ztrojit POT nosníky pod sloupky.

Na příkladu vyřešení stropu u tohoto objektu je tedy jasně patrné, že pomocí nosníků ukládaných na půdorysně šikmou zeď a důsledného využití sortimentu POT nosníků různých délek lze poměrně jednoduše zastropit i složité dispozice, a to i takové, které se jeví na první pohled pro POROTHERM stropy zcela nevhodné, navíc při dosažení tuhosti stropní desky v obou směrech (sítě nad nosnými zdmi).

Na půdorysu na obr. 1 jsou již vyneseny i jednotlivé vložky MIAKO podle druhu (výšky). Narozdíl od řady projektantů, kteří používají ve výkresových dokumentacích pouze dva druhy vložek MIAKO (základní dle výšky stropu a nízké, 80 mm v místech pro vynesení lokálních zatížení), byl v tomto případě důsledně využit takřka celý výrobní sortiment. Podle mého názoru je zbytečné pod lehkou příčku umísťovat automaticky nejnižší vložku, a tím v daném případě vytvořit železobetonový blok o výšce 190 mm. Při maximální délce vložky 525 mm a vložení výztuže dle podkladů výrobce je toto řešení předimenzované a pouze zbytečně zatěžuje strop. Proto obvykle doporučuji využít pouze o stupeň nižší vložku (např. z 23 na 19, z 19 na 15 a teprve z 15 na 8). Takto lze vhodnou kombinací vložek měnit výšku nabetonávky dle potřeby. Nízkou vložku MIAKO 8/62,5 či 8/50 je možné přednostně používat v místech, kde lze předpokládat nutnost uložení přídavné výztuže (schodiště, skryté průvlaky apod.), v místech možného konfliktu s obvodovými věnci či potrubními rozvody vedenými konstrukcí stropu.

Obr. 4: Komínová výměna z ocelového prvku

Speciální profil pro komínovou výměnu

Netradiční řešení bylo použito u komínové výměny. Oproti běžné výměně z vázané výztuže zde byla použita novinka firmy Wienerberger – podvlečení úhelníku 75x50x6 do vynášeného nosníku a jeho uložení na podpírající nosníky (obr. 4, 5). Tímto krokem bylo dosaženo výrazného zjednodušení a zkrácení montáže. Přestože na uvedené řešení komínové výměny obvykle postačuje jeden profil, v případě potřeby je možné jejich počet navýšit, a tím docílit i vyšší únosnosti.

Obr. 5: Komínová výměna z ocelového prvku

Řešení balkónů

Díky možnosti kombinovat různé délky nosníků s dobetonávkou je možné realizovat takřka jakékoli tvary balkónů (obr. 6a). Z hlediska statiky je toto řešení příznivější než pouhé využití prostého nosníku. Vhodnou kombinací vložek MIAKO lze navíc dosáhnout nižší výšky balkónu než stropu (v uvedeném příkladu byl rozdíl 70 mm). Daný způsob realizace umožňuje snadněji a přirozeným způsobem zajistit nižší úroveň nášlapné vrstvy balkónu oproti podlaze v interiéru. Není tak nutné pořizovat schůdky přede dveřmi či řešit vše jinou složitou konstrukční úpravou.

Při vložení tepelné izolace mezi trámečky se dosáhne i dostatečné eliminace tepelného mostu, který vyhoví požadavkům nové ČSN 73 0540 z června 2005 (posudek Ing. Šály ze srpna 2005). Způsob konstrukce takového balkónu je patrný z přiložených řezů (obr. 6b). Uvedené dimenze výztuže se přitom vztahují k řešení konkrétního balkónu a zde jsou uvedeny pouze pro objasnění statického řešení. Pro jednotlivé případy je vždy nutné výztuž navrhnout a posoudit zvlášť.

Obr. 6b: Řez trámečkem (1–1), schéma vložek MIAKO (2–2) a přídavná výztuž nad trámečky (3–3)

Vzhledem k poměru vyložení balkónu a rozpětí navazující desky nelze v uvedeném příkladu vyloučit záporný moment po celé délce nosníku. Z tohoto důvodu je zde předepsána síť po celé délce nosníku pro vykrytí těchto momentů (řez 1–1, obr. 6b). Síť v nabetonávce samotného balkónu má již pouze funkci rozdělovací výztuže a ztužení konstrukce balkónu. Řez 2–2 (obr. 6b) schematicky zobrazuje polohu tepelné izolace v návaznosti na beton a vložky MIAKO. Z uvedeného řezu je zřejmá výhodnost použití co nejvyšších vložek u balkónu pro maximální odlehčení desky.

Obr. 7: POT trámečky jako konzoly balkónu

Veškerý ohybový moment je přenášen přídavnou výztuží nad trámečky (řez 3–3, obr. 6b) a zbývající nabetonávka plní pouze funkci roznášení zatížení a krytí výztuže trámečku betonem. Nízká vložka je v tomto případě použita až na konci. Po obvodě probíhající železobetonový věnec tak vytvoří definitivní půdorysný obloukový tvar (samotné trámečky by udělaly jenom zuby), stáhne celou konstrukci a současně je dostatečně masivním prvkem pro ukotvení zábradlí apod. – nízké vložky minimálně zasahují do desky, a proto zbude dostatek místa pro výztuž.

I dnes však bohužel mnozí projektanti na základě svých zkušeností s klasickými železobetonovými konzolami často využívají řešení v podobě nižších vložek a velkého množství betonu. Tím však dojde pouze ke zvětšení tíhy a následně i ohybového momentu bez praktického vlivu na zvýšení únosnosti.

Obr. 8: Půdorys stropu, poloha štítové zdi patra

Jinou možnost realizace balkónu představuje další příklad. Dispoziční řešení předpokládalo balkón nad výklenkem jídelny v přízemí s tím, že štítová zeď bude spočívat na stropě (viz výřez z půdorysu, obr. 8). Původní návrh statik řešil vynesením zatížení od sloupku štítové zdi do ocelového průvlaku, což však zmenšovalo estetickou hodnotu výklenku, protože prakticky nad jídelním stolem probíhal viditelný ocelový průvlak, který podepíral strop z místnosti a strop pod balkónem. Oba stropy nad průvlakem končily. Zadání od investora tedy znělo: realizace stropu bez použití viditelného průvlaku.

Obr. 9: Možné řešení snížené tloušťky stropu pod balkónem

Při hledání optimálního řešení bylo nutné navrhnout konstrukci tak, aby šlo snížit část stropu pod balkónem, což by umožnilo položit dostatečnou vrstvu tepelné izolace. Jako nejlepší řešení byl zvolen skrytý železobetonový průvlak vložený do konstrukce stropu. Protože však výška takto vytvořeného prvku nebyla z důvodu bezpečnosti dostatečná, navýšil se průvlak pod štítovou zdí o tloušťku hrubé podlahy, tj. o 80 mm (viz řez A–A ve výkresu výztuže průvlaku P1, obr. 10).

Z hlediska statického schématu lze tak POT nosník uvažovat opět jako spojitý přes dvě pole, protože o záporný moment se postarají vložené sítě. Vrstvu betonu pod balkónem lze i tady realizovat v co nejmenší tloušťce (nutno pouze dodržet krytí výztuže trámečku betonem), protože v tomto poli je rozpětí trámečku minimální.

Možné stavební využití snížené tloušťky stropu pod balkónem nabízí obr. 9. Přitom je třeba si uvědomit, že spodní líc stropu tvoří jediný materiál (keramika) bez rušivého efektu v podobě vyčnívajícího průvlaku.

Obr. 10: Výztuž průvlaku pod štítovou zdí

V současnosti jsou velmi oblíbené dlouhé balkóny po celé délce domu se zapuštěnou štítovou zdí ležící na stropě. Vynesení přímkového zatížení od štítové zdi na poměrně velké rozpětí nelze realizovat pouze pomocí vložených železobetonových prvků, ale je nutné využít ocelových válcovaných profilů. Jako příklad z hlediska architektury „volné“ dispozice (nikoliv bez příček, ale bez nosných zdí) může posloužit obrázek na dalším výseku půdorysu (obr. 11). Z půdorysu je zřejmé statické schéma – aby mohl být balkón v této podobě realizován, muselo dojít k zesílení střední zdi pro vynesení zatížení z ocelových nosníků.

Obr. 11: Statické schéma stropní konstrukce, balkón po celé délce domu

Zajímavostí (nikoliv však výjimkou) je skutečnost, že strop byl uvedeným způsobem řešen až v průběhu výstavby, a to na základě žádosti dodavatelské firmy, kdy již bylo po projekční linii „vše hotovo“. Při realizaci uvedeného řešení se tak ukázalo, že pouhým zvětšením tloušťky příčky o 60 mm již mohla stěna plnit roli nosné zdi, což by výrazně zjednodušilo celé řešení stropní konstrukce a následně přineslo i zlevnění pro investora.

Obr. 12: Uložení trámečku POT do ocelového nosníku

I v případě tohoto domu je v pruhu pod balkónem proveden strop v menší tloušťce pro možnost umístění tepelné izolace. Přivaření betonářské sítě k horní přírubě nosníku jednak zvyšuje stabilitu ocelového nosníku, jednak je předpokladem pro lepší spřažení ocelového nosníku s betonem (zabránění prokluzu betonu podél horní příruby, split efekt vylučují zabetonované široké příruby nosníku). Možností uložení trámečku POT do ocelového nosníku je přitom více, např. detail uložení POT nosníku (obr. 12). Pro zachování rovného podhledu se v tomto případě doporučuje v místě uložení opatrně odseknout keramickou obálku trámečku. Minimální uložení trámečků je obvykle 125 mm. V odůvodněných případech lze toto uložení zmenšit, ale postup je nutné vždy konzultovat se statikem firmy Wienerberger.

Obr. 13: Vizualizace uložení trámečku POT, kombince s nosníky IPE 140

Variabilnost stropů

Výsek půdorysu na obr. 14a přibližuje zajímavé řešení vynášení štítu. Většina zatížení směrem od stropu byla koncentrována do podélných ocelových nosníků. Zatížení ve směru od pilířů štítu (vyznačeno šedivě) bylo vyneseno trojicí POT nosníků v kombinaci s nosníky IPE 140. Díky tomu se podařilo získat vysokou smykovou únosnost, která byla vzhledem k poloze zatížení (v blízkosti podpor) rozhodující, a to při zachování neporušenosti keramického podhledu.

Vše je dobře patrné z řezů (obr. 14b) a náhledu (obr. 13) – orientace řezů je značena ve výseku půdorysu. Této metody zesílení stropu se zachováním výhody neporušenosti jednotnosti podhledu lze využít zejména v situacích, kdy je rozhodující smykové zatížení (sloupky od krovu apod.).

Skutečnost, že keramické stropy je možné za velmi výhodných podmínek používat tam, kde se obvykle objevují klasické železobetonové konstrukce, potvrzuje další variantní řešení. Jedná se o zastropení v kombinaci s náročnější železobetonovou konstrukcí rohového okna bez sloupku s vyložením 2,1 m (obr. 15). Všechna okna a vchodové dveře se budou osazovat předokenními roletami. Z důvodu zjednodušení realizace se v návrhu počítá s vynesením stropu kolem točitého schodiště dvojicí úhelníků (POT nosníky se mohou klást přímo shora a navíc příruby jsou dostatečně široké pro uložení nosníků). Vzhledem k malé zatěžovací šířce, a tím i malému zatížení, zde úhelníky vyhověly i bez zámečnických úprav. V případě potřeby by však bylo možné například pomocí přivařených kozlíků z betonářské výztuže docílit takřka dokonalého spřažení s betonem a díky tomu podstatně zvýšit únosnost profilu.

Obr. 14b: Vynášení štítu, řezy 1–1 a 2–2

Při realizaci bočního traktu tohoto domu bylo navíc nutné řešit zajímavý problém, který vznikl snahou architekta dosáhnout co nejmenší výšky valbového krovu s relativně malým spádem při zachování jednotných výšek nadpraží a světlosti interiéru. Ačkoli se v původním projektovém řešení počítalo se zavěšením sádrokartonového podhledu na kleštiny u každé krokve, navrhli jsme investorovi přemýšlet o variantě keramického stropu v atypickém provedení (viz přiložené schematické řezy, obr. 16a–c).

Obr. 16: Napojení stropu na zeď v objektu s nízkým krovem a) beton v místě trámečku b) beton pod krokví c) ukončení v příčném směru

Obr. 15: Zastropení v kombinaci s ŽB konstrukcí rohového okna

Při návrhu stropu jsme vycházeli z předpokladu, že objekt je ztužen věncem po obvodu a tudíž již není nutné ztužení ve stropě. Uvedenému řešení nahrával i fakt, že nosnou část tvoří trámečky a v tomto případě není potřeba, aby nad vložkami probíhal beton u podpor (nulový ohybový moment). Návrh proto počítal se spřažením stropu s věncem pouze pomocí třmínků a jednoho podélného prutu. Polohu trámečků bylo přitom nutné navrhnout tak, aby nedocházelo k jejich střetu s krokvemi.

Realizace tohoto stropu je plánována ve dvou fázích. V první dojde k vybetonování věnců s vystupujícími třmínky. Po zatvrdnutí betonu bude následovat druhá etapa, zahrnující položení keramického stropu, protažení ztužujícího prutu a konečné vybetonování se šikmým ukončením v místě vložek a obetonováním uložení trámečků. Jak bude strop ukončen v druhém (podélném) směru, ukazuje poslední řez (obr. 16c). Zde se již jedná o takřka bezproblémovou variantu, kdy je opět betonováno jen zakrytí výztuže trámečku.

Obr. 17: Klenbový strop z keramických trámečků POROTHERM

Jak je vidět na všech uvedených příkladech, možnosti využití keramických trámečků jsou takřka neomezené. V současnosti se připravuje výstavba repliky historické budovy. Klenbový strop, který je zde plánován, je navržen z keramických trámečků POROTHERM (obr. 17).

Prostě, když se chce a ví se, jak na to, lze s keramickým stropem dělat opravdu doslova „psí kusy“.

IVO PETRÁŠEK

foto archiv autora

Ing. Ivo Petrášek (*1960)

absolvoval ČVUT v Praze. Je autorizovaným inženýrem pro pozemní stavby, statiku a dynamiku staveb. Pracoval jako projektant ve firmách SÚRPMO a ADI PROJECT, s. r. o., a jako stavbyvedoucí (OSVČ), zabýval se inženýringem (Coca Cola Beverages, Praha). Přednášel na ČVUT a vyučoval na SPŠS České Budějovice. V současnosti pracuje jako statik u firmy Wienerberger cihlářský průmysl, a. s.